EOS小浪涌防護系列(二) : 移動(dòng)終端的EOS (小浪涌) 該怎么防護？｜檳城電子

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上一節，我們講解了EOS的成因及危害，本節我們繼續講解移動(dòng)終端的EOS防護方案。充電IC的規格書(shū)都給出了耐壓范圍，通常我們?yōu)榱朔乐笽C被EOS打壞，會(huì )在充電端口增加一顆TVS。這里給剛入行的伙伴們介紹一下TVS的工作原理。以一顆單向TVS為例，通常只有一個(gè)PN結，TVS工作在反向電壓截止狀態(tài)（正向電壓大于0.6V左右就直接導通短路了），簡(jiǎn)單來(lái)講當EOS脈沖電壓超過(guò)TVS的VBR以后，EOS脈沖電壓被鉗位在一定的電壓范圍；復雜一點(diǎn)講，半導體中的電子在獲得外加電場(chǎng)的作用下，撞擊周?chē)蛹ぐl(fā)出新的自由電子，使得更多的電子在外加電場(chǎng)作用下獲得能量，形成雪崩倍增效應，快速泄放能量，這里不展開(kāi)講，有興趣的伙伴可以來(lái)電探討。

      見(jiàn)下圖一，假設脈沖峰值100V以上，用一顆檳城的型號為BV-D124ZD的TVS能將電壓鉗到30V以下，用一顆檳城的型號為BV-FE05ZA的TVS能將電壓鉗到10V以下。將很高的脈沖電壓鉗位到較低的水平自然就達到了保護后端IC的目的。

如果你的充電端口是5V供電我們建議你選擇工作電壓（VDRM）7V的BV-FE07ZA，如果你的端口是9V-20V我們建議你選擇工作電壓24V的BV-D124ZD。我們知道不是所有的充電器（或電源）都穩定，假如5V充電口也選擇工作電壓為5V的TVS，當插入不穩定的充電器后可能會(huì )使TVS長(cháng)時(shí)間在直流下導通，因而燒壞。

      我們在服務(wù)客戶(hù)的過(guò)程中，常常有這樣的提問(wèn)：在充電端口TVS到底該選單向還是雙向？

      我們試著(zhù)把這個(gè)問(wèn)題解答清楚。首先，要理解什么是正向EOS、負向EOS，如上圖一，正向EOS是EOS電流從電路正極流向負極，但TVS遭受反向（N到P）的EOS沖擊，負向EOS是EOS電流從電路的負極流向正極，但TVS遭受正向（P到N）的EOS沖擊。

      我們再來(lái)看檳城一顆單向型號為BV-FE05ZA的TVS在遭受EOS沖擊下的波形：

▲圖二：正向EOS

▲圖三：負向EOS

▲圖三：負向EOS

可以看出，BV-FE05ZA遭受正向EOS沖擊，電流達146A的情況下鉗位電壓8.9V，負向EOS沖擊鉗位電壓僅-2.48V，因為負向EOS，TVS工作在類(lèi)似二極管的正向導通狀態(tài)所以電壓當然很低。

     上面兩顆BV-FE05ZA的P極串聯(lián)在一起就組成了一顆雙向的TVS，如下圖四，TVS無(wú)論遭受正向還是負向的EOS沖擊，電流總會(huì )流經(jīng)一個(gè)N到P的反向結，因而鉗位電壓的絕對值也是在8.9V左右。

▲圖四：BV-FE05ZA的P極串聯(lián)

在充電IC手冊中，相信大多數伙伴都有留意到，有幾項極限參數，其中有一項，VIN最小電壓值，一般只有-0.3V左右，如下表。

可以發(fā)現：

     1、當充電端口的負向直流電壓絕對值超過(guò)0.3V，充電IC容易燒壞。

     2、當充電端口的負向EOS絕對值超過(guò)0.3V，并持續足夠長(cháng)的時(shí)間，充電IC容易燒壞。

     通過(guò)上面的討論，至少明確了，在充電端口TVS應該選單向（防反接的除外），因為鉗位電壓絕對值更低。

     看到這里，相信還有不少看官會(huì )打破砂鍋問(wèn)到底：即便選擇BV-FE05ZA，假設遭受負向EOS，殘壓絕對值也有2.48V明顯大于0.3V，怎么可能有效的防護呢？

     我們贊賞這種打破砂鍋問(wèn)到底的精神；首先規格書(shū)里的0.3V是指直流電壓（時(shí)間連續），另外這個(gè)問(wèn)題牽涉到IC的損壞機理，我們知道IC內部也是由PN結構成，PN結有內阻R，當PN結兩端有持續的電壓U，根據電功公式  我們知道PN結有電流，會(huì )發(fā)熱，但只要不超過(guò)規格書(shū)標明出的-0.3到30V的工作電壓范圍，一定不會(huì )壞，對吧。再返回去看圖二圖三的電壓波形，假設充電IC端遭受負向的這兩個(gè)波形（把圖二翻轉180度），顯然圖三的電壓曲線(xiàn)形成的面積更小，做工更小，發(fā)熱更少，IC能得到更好的保護。圖二面積很大，如果IC負向遭受這樣的波形當然非常容易發(fā)熱燒毀。

      看官一定還會(huì )問(wèn)：那么經(jīng)過(guò)鉗位后殘余的2.48V形成的面積是不是確定不會(huì )將IC損壞呢，，或者說(shuō)負向殘壓絕對值應該低于多少V才能保護IC，能給個(gè)準確殘壓值嗎？

      不能，我們知道市面上的充電IC品牌眾多，技術(shù)差異大，晶圓生產(chǎn)工藝差異大，每家的EOS沖擊耐受都不一樣，所以我們只能通過(guò)介入你的產(chǎn)品設計根據我們的經(jīng)驗和實(shí)驗模擬進(jìn)一步給你指導，將更有把握的設計方法分享給你，其次任何設計好的產(chǎn)品都需要測試驗證。

      有的看官可能還有要問(wèn)：我也用單向的TVS還是過(guò)不了呢？

      如果你的設計到了這一步，首先恭喜！你已經(jīng)掌握了EOS防護的正確方向，但是TVS的特性了解不夠導致你的產(chǎn)品測試FAIL，在這里篇幅有限不宜展開(kāi)，如果你有需求請聯(lián)系我們，這是我們后續將要繼續探討的問(wèn)題。檳城電子專(zhuān)注過(guò)壓防護24年，我們收錄了非常多的實(shí)戰案例樂(lè )意與您一起分享、交流。關(guān)注檳城電子公眾號，一起探討過(guò)壓防護。